乙醇燃料發(fā)動(dòng)機專(zhuān)用油的研制

4卷第3期2015年3月Contemporary Chemical IndustryMarch. 2015乙醇燃料發(fā)動(dòng)機專(zhuān)用油的研制李勝,肖友程,黃福川,盧朝霞(廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,廣西石化資源加工及過(guò)程強化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室,廣西南寧530004)摘要:研究乙醇燃料發(fā)動(dòng)機工作情況,綜合分析乙醇燃料及其產(chǎn)物性質(zhì)。應用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型和試驗驗證,對硏制油試驗配方進(jìn)行篩選和配方目標優(yōu)化。研制油具有優(yōu)異的防腐蝕性、防銹性能、良好的粘溫特性和低溫流動(dòng)性,可形成致密的保護膜,有效降低摩擦和減少磨損,延長(cháng)了換油周期和發(fā)動(dòng)機使用壽命,降低了成本關(guān)鍵詞:乙醇燃料;發(fā)動(dòng)機油;基礎油;添加劑中圖分類(lèi)號:TE624文獻標識碼:A文章編號:1671-0460(2015)03-0493-04Development of Special Oil for Ethanol Fuel EnginesLI Sheng. Xiao you-cheng. hUaNg Fu-chuan, LU Zhao-xia( Key Laboratory of Guangxi Petrochemical Resource Processing and Process Intensification Technology, School of Chemistry andChemical Engineering, Guangxi University, Guangxi Nanning 5Abstract: Working conditions of ethanol fuel engine were studied; ethanol fuel and its product propertiesanalyzed. Screening and optimization of the formula of special oil for ethanol fuel engines were carried out by BPneural network model and test verification. The results show that developed oil has good properties, such as excellentanti-corrosive and anti-rust, good temperature-viscosity and low temperature fluidity: it can form a dense protectivefilm to reduce the friction and wear effectively, to achieve the goal of prolonging the service life and engine oil change:le, reducing theKey words: Ethanol fuel; Engine oil; Base oil; Additive21世紀以來(lái),隨著(zhù)能源需求的不斷增加和社會(huì )最后,乙醇冰點(diǎn)較低,無(wú)需擔心在低溫條件下化油公眾環(huán)境保護意識的不斷提高,清潔可再生能源的器中燃料結冰。開(kāi)發(fā)與應用已大勢所趨。由于乙醇做為燃料的生產(chǎn)有關(guān)研究表明:雖然乙醇可以作為燃料直接應原料來(lái)源廣泛,可有效利用可再生資源,燃燒產(chǎn)物用在汽油機上;但是,由于乙醇燃料發(fā)動(dòng)機的一些清潔,無(wú)需改變發(fā)動(dòng)機的基本結構即可直接應用于特性:如乙醇燃燒產(chǎn)物對普通汽油機油成焦量的影汽油機上,同時(shí)能夠保持原有發(fā)動(dòng)杋的基本總體性ε響較大;乙醇燃料的使用會(huì )導致汽油機油的高、低能。因此,國內外已經(jīng)廣泛開(kāi)展乙醇燃料發(fā)動(dòng)杋技溫分散系數減小;以及乙醇燃料導致發(fā)動(dòng)機易成焦術(shù)的硏究,并逐步由乙醇汽油發(fā)動(dòng)機向純乙醇發(fā)動(dòng)加之發(fā)動(dòng)機油膜易被乙醇破壞,造成氣缸壁、活塞機方向發(fā)展。環(huán)、缸套、軸瓦、軸承、密封件等極易被磨損、腐與汽油、柴油等傳統燃料相比,乙醇燃料具有蝕,導致失效。因此,普通的燃油型發(fā)動(dòng)機油并不以下優(yōu)點(diǎn):首先,乙醇中含有氧基,碳氫比低,適用于乙醇燃料發(fā)動(dòng)機油可以實(shí)現無(wú)煙燃燒,污染輕微,燃燒干凈,能顯著(zhù)因為發(fā)動(dòng)機運動(dòng)零件較多,且經(jīng)常處于高速運降低CO的排放;其次,乙醇辛烷值高,具有良好轉狀態(tài)下,如果發(fā)動(dòng)機油性能達不到使用要求,容的抗爆性,可以通過(guò)提高壓縮比來(lái)提高發(fā)動(dòng)機熱效易造成發(fā)動(dòng)機的運動(dòng)零部件嚴重磨損,不能正常工率;再其次,乙醇的氣化潛熱大、蒸汽壓力低,能作甚至導致危險事故發(fā)生降低缸內溫度,減少發(fā)動(dòng)機熱負荷,降低NO的排所以,隨著(zhù)乙醇燃料的推廣應用,研制專(zhuān)用于放;此外,乙醇蒸發(fā)速率遠低于汽油,因此發(fā)生交乙醇燃料發(fā)動(dòng)機的環(huán)境友好的發(fā)動(dòng)機油具有重要的通事故時(shí),發(fā)生起火的危險性比汽油低,安全性高;現實(shí)意義。中國煤化工收稿日期:2014-09-26CNMHG作者簡(jiǎn)介:李勝(1990-).男,廣西南寧人,碩士研究生,研究方向:綠色能源及石化產(chǎn)品研元。-M10c204/cu,um通訊作者:黃福川(1963-),男,教授,博士,研究方向:石化能源及產(chǎn)品研發(fā)。E-mai:huangfuchuan@gxu.edu.cn。當代化工2015年3月1乙醇燃料發(fā)動(dòng)機的特點(diǎn)和澗滑油性當所有樣本都輸入一次后,總誤差為能要求E乙醇燃料在使用過(guò)程中,會(huì )遇到如下問(wèn)題2:E①因為乙醇氣化潛熱高,所以發(fā)動(dòng)機內乙醇燃料燃燒設w為網(wǎng)絡(luò )中的一個(gè)連接權值,根據梯度下周期長(cháng),導致發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣閥背面容易出現積碳;2乙降法,批處理方式下的權值修正量為醇在生產(chǎn)和燃燒過(guò)程中,會(huì )產(chǎn)生乙酸。乙酸的酸性遠遠強于汽油燃燒產(chǎn)物的酸性,會(huì )對發(fā)動(dòng)機金屬表面造cE成嚴重腐蝕;③乙醇燃料會(huì )因為蒸發(fā)過(guò)快而流入汽缸壁,乙醇的燃燒產(chǎn)物中會(huì )帶有一定量的水分,上述兩增量方式下的權值修正量為:者都會(huì )對發(fā)動(dòng)機油油膜產(chǎn)生沖刷作用,導致發(fā)動(dòng)機油稀釋,油膜強度和厚度降低。④含水乙醇會(huì )造成發(fā)動(dòng)△w機油乳化,并伴隨產(chǎn)生大量氣泡,降低發(fā)動(dòng)機油的冷卻、潤滑、密封、清洗、防銹作用,造成發(fā)動(dòng)機零部通過(guò) MATLAB軟件中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )建立潤滑件磨損加劇。⑤乙醇會(huì )把汽油機潤滑油系統及燃油分油性能預測數學(xué)模型,以發(fā)動(dòng)機油的熱氧化安定性配系統管路中的沉積物溶解、剝落下來(lái),從而導致濾防銹性、抗腐蝕性、清凈分散性和酸中和能力為主清器阻塞,降低其過(guò)濾能力。要輸出參數,以基礎油和各個(gè)添加劑為輸入矢量,根據以上所述乙醇燃料發(fā)動(dòng)機的特點(diǎn),所要研構建一種多輸入多輸出的映射關(guān)系。最終在允許誤制的乙醇燃料發(fā)動(dòng)機專(zhuān)用油不僅應具備合適的粘差范圍內,根據發(fā)動(dòng)機油各項性能預測值指導潤滑度、粘度指數、堿值,良好的氧化安定性、抗磨性、油配方設計下特性:①能在發(fā)動(dòng)機21基礎油的選擇運動(dòng)部件副形成一層致密的保護膜,以有效降低發(fā)由于占發(fā)動(dòng)機油80%以上的基礎油是影響潤動(dòng)機運動(dòng)副摩擦和減少磨損;②突出的清凈分散性滑油整體性能的決定性因素;因此選取具有良好特能減少發(fā)動(dòng)機油生成低溫油泥和積炭,增溶使用過(guò)性的基礎油成為研制油的關(guān)鍵之一。通過(guò)對乙醇程中產(chǎn)生的氧化物,延長(cháng)發(fā)動(dòng)機的使用壽命;③防燃料發(fā)動(dòng)機各零部件及相關(guān)系統工況的綜合考察,銹抗腐性能良好,能夠減緩燃燒產(chǎn)物乙酸和水對發(fā)同時(shí)調研分析評估各類(lèi)基礎油的基本性能,筆者認動(dòng)機金屬表面造成的腐蝕和銹蝕為:對于單一種類(lèi)的礦物油、醚類(lèi)油、聚α-烯烴酯類(lèi)合成油,都難以滿(mǎn)足乙醇燃料發(fā)動(dòng)機的使用條2乙醇燃料發(fā)動(dòng)機油組合物的研制件。與單一基礎油相比,復合的基礎油具有更好的發(fā)動(dòng)機油配方研究過(guò)程中,為了獲得性能優(yōu)異、抗氧化穩定性、黏溫性等,適用于燃燒工況更為苛能滿(mǎn)足使用要求的配方,需要對基礎油和添加劑進(jìn)刻、復雜的環(huán)境。因此,本研制油采用以蓖麻油制行各種復配試驗來(lái)驗證。如果單純憑借經(jīng)驗和簡(jiǎn)單取的癸二酸二辛酯和季戊四醇酯復合作為基礎油。的線(xiàn)性關(guān)系來(lái)調整配方組成,就需要進(jìn)行大量的試我國可再生物質(zhì)資源豐富,選擇以蓖麻油為原驗,時(shí)間長(cháng)且費效比低;同時(shí)由于不能全面考察各料制取的癸二酸二辛酯作為基礎油組分之一,不僅種影響因素,所得配方往往不是最佳配方。本發(fā)動(dòng)制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉,可以減小因石油資源緊機油研制過(guò)程中,采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)模型η,建缺而帶來(lái)的壓力對社會(huì )可持續發(fā)展具有重要意義;立發(fā)動(dòng)機油性能指標與基礎油、添加劑組成變量之而且癸二酸二辛酯性能優(yōu)異,具有傾點(diǎn)低、粘度指間的數學(xué)模型,對乙醇燃料發(fā)動(dòng)機油試驗配方進(jìn)行數高、使用溫度范圍寬、蒸發(fā)損失小、結焦少;具篩選和配方目標優(yōu)化。有良好的高低溫性能、潤滑性能以及添加劑感受性BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )也稱(chēng)為誤差反向傳播算法,通過(guò)工優(yōu)異的熱氧化安定性能和抗剪切能力,出色的防腐作信號的正反向傳播,基于最小均方差準則,對傳蝕性能以及抗乳化性能,并具有很好的可降解性和播過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò )各個(gè)權值進(jìn)行修正,直到誤差達到油溶性等特點(diǎn)。。其典型理化指標見(jiàn)表1預期水平。當第p個(gè)樣本輸入并產(chǎn)生輸出時(shí),均方季戊四醇酯由于酯基較多,極性強。因此不僅誤差應為各輸出單元平方之和,即具有良好的潤顯的氫化定性、熱穩定性、低溫流動(dòng)中國煤化工且蒸發(fā)損失和傾點(diǎn)低,生CNMH§溶解分散性第44卷第3期李勝,等:乙醇燃料發(fā)動(dòng)機專(zhuān)用油的硏制495強。相關(guān)研究表明,與菜籽油等其他植物油相比,會(huì )增加,進(jìn)而引起瞬態(tài)溫度下降,導致燃燒相位后季戊四醇脂的抗磨性能、耐磨性能更為良好。不移,燃燒持續周期延長(cháng),最終造成發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣閥背僅如此,季戊四醇脂添加抗氧劑后,其氧化穩定性面極易產(chǎn)生積碳和發(fā)動(dòng)機油成焦。乙醇燃燒產(chǎn)物中甚至優(yōu)于礦物油,且混溶性能妤。同時(shí),未經(jīng)分離的水分與發(fā)動(dòng)機油接觸后,會(huì )導致油泥和膠狀沉積的產(chǎn)品由于也具有良好的耐熱性能,可作為成本較物的形成。形成的沉積物和油泥被發(fā)動(dòng)機油帶至濾低的調配油使用網(wǎng)或滑油系統內,這不僅會(huì )阻礙油液的流動(dòng)和沉積表1癸二酸二辛酯的典型理化指標于管道中,而且會(huì )加劇發(fā)動(dòng)機金屬表面的生銹和軸Table 1 The typical physical and chemical properties ofdioctyl seb承的腐蝕以及加速油泵的磨損。項目典型數據試驗方法清凈分散劑的主要作用是通過(guò)中和發(fā)動(dòng)機油中運動(dòng)粘度100℃/mm2·sASTM D445的有機酸、無(wú)機酸、氧化中間產(chǎn)物,增溶和洗滌積40℃(mmASTM D445粘度指數ASTM D2270碳和漆膜等小顆粒,以阻止已生成的膠狀物質(zhì)進(jìn)傾點(diǎn)/℃ASTM DS950步縮合而生成漆膜、油泥和積炭;同時(shí)減少積炭的閃點(diǎn)/℃232ASTM D92硬度,保持發(fā)動(dòng)機內部的清潔?？紤]到乙醇燃料自生物降解性,%C-3193身具有一定的腐蝕性和酸性,及其燃燒產(chǎn)物對發(fā)動(dòng)22添加劑的選擇機造成的影響,需要選擇合適的清凈分散劑,增溶因為乙醇發(fā)動(dòng)機技術(shù)的不斷發(fā)展成熟,對其所腐蝕性物質(zhì)和中和酸性物質(zhì),緩解和降低發(fā)動(dòng)機的用發(fā)動(dòng)機油性能要求也越來(lái)越高,僅僅依靠基礎油腐蝕情況。本硏制油加入的淸凈劑是采用髙堿值磺所具有的特性已不能滿(mǎn)足其潤滑要求;同時(shí),現代酸鈣、硫化烷基酚鈣和低堿值磺酸鈣復合;分散劑潤滑油添加劑配方技術(shù)日趨復雜和種類(lèi)的增加,使采用高氮、低氮聚異丁烯丁二酰亞胺和硼化聚異丁得過(guò)去在實(shí)驗室內進(jìn)行逐一測試,尋找合適配方的烯丁二酰亞胺三者復合。這不僅可以增溶發(fā)動(dòng)機中方法已不能滿(mǎn)足新配方開(kāi)發(fā)的需要。所以,通過(guò)建沉積物和積碳質(zhì)等物質(zhì),以便過(guò)濾清除,中和酸性立BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型,借助轉彈氧試驗、四球物質(zhì),保護發(fā)動(dòng)機油的清潔性和可過(guò)濾性,而且可試驗機、成焦板、硫酸鹽灰分、堿值保持性、剪切以控制油品氧化變質(zhì),延長(cháng)了油品的換油期,提高穩定性、低溫啟動(dòng)性試驗、曲軸箱模擬試驗方法和了發(fā)動(dòng)機油經(jīng)濟性汽油機油高溫氧化和磨損評定法等進(jìn)行試驗驗證,2.2.3防銹劑的選擇分析基礎油和各種添加劑之間的感受性和協(xié)同性,通常,工業(yè)生產(chǎn)的乙醇燃料會(huì )含有微量的酸性物對清凈分散劑、抗氧防腐劑、抗氧化劑、防銹劑、質(zhì)。當與空氣或細菌接觸后被氧化發(fā)酵也會(huì )產(chǎn)生少量油性劑、摩擦改進(jìn)劑、粘度指數改進(jìn)劑、降凝劑、的有機酸。此外,乙醇燃料燃燒過(guò)程中也會(huì )產(chǎn)生乙酸金屬減活劑、抗泡劑等添加劑進(jìn)行篩選和配比,提等對金屬有腐蝕性的物質(zhì)。雖然,當前發(fā)動(dòng)機連桿高和改善乙醇燃料發(fā)動(dòng)機油的熱氧化安定性、防銹活塞環(huán)和軸承采用巴氏合金作為主要材料,有較強的性、抗腐蝕性、清凈分散性和酸中和能力等性能抗腐蝕防銹性。但是,在高溫下,同時(shí)有酸性物質(zhì)和以滿(mǎn)足乙醇燃料發(fā)動(dòng)機的苛刻工況的需求。水分的存在,依然會(huì )對發(fā)動(dòng)機造成嚴重的腐蝕影響,22.1抗氧劑的選擇導致銹蝕現象的發(fā)生。不僅如此,乙醇也會(huì )吸收以及由于發(fā)動(dòng)機油長(cháng)時(shí)間處于高溫狀態(tài),在曲軸箱中其本身燃燒產(chǎn)生的水分,會(huì )對缸壁上油膜產(chǎn)生稀釋作接觸到空氣并受到攪動(dòng),因此良好的抗氧化性是對發(fā)用,減少油膜厚度,加速銹蝕的發(fā)生。動(dòng)機油的一個(gè)重要要求。此外,發(fā)動(dòng)機工作時(shí),處防銹劑是一類(lèi)阻止、延緩腐蝕和銹蝕的物質(zhì)。于高溫工況下的發(fā)動(dòng)機的金屬(含有色金屬合金)表面常用的防銹劑有防銹劑有十二烯基丁二酸鹽、金屬及其零部件,往往成為發(fā)動(dòng)機油氧化反應的催化劑。碘酸鹽、咪唑啉化合物、胺類(lèi)等?？紤]到乙醇燃料發(fā)動(dòng)機油與其接觸后,極易發(fā)生氧化反應,形成聚合自身及其燃燒產(chǎn)物的特殊性,本硏制油選用質(zhì)量比膠狀物;進(jìn)一步反應后會(huì )生成油泥和積炭,導致油品40%~60%石油磺酸鋇和60%~40%N-油酰肌氨酸變質(zhì)。因此,采用質(zhì)量比40%~60%的2、6二叔丁十八胺型復合作為防銹劑?；鶎追雍?0%~40%二烷基二苯胺復合作為抗氧2.2.4抗氧防腐劑的選擇劑,以便更好地提高發(fā)動(dòng)機油的氧化安定性。發(fā)動(dòng)機的乙醇燃料氣化潛熱值高,發(fā)動(dòng)機工作時(shí)噴油量形成的腐蝕性 ICNM云用以及燃燒22.2清凈分散劑劑的選擇中國煤化于水或水與潤滑油嚴重降口」量較高,因當代化工2015年3月此燃燒產(chǎn)物中不僅含有乙酸,而且還含有水分。乙和低溫流動(dòng)性。酸、水分和空氣相互接觸后,會(huì )嚴重嚴重腐蝕氣缸、表2乙醇燃料發(fā)動(dòng)機專(zhuān)用油理化指標軸瓦、活塞環(huán)等發(fā)動(dòng)機部件。乙醇燃料在生產(chǎn)過(guò)程Table 2 The physical and chemical properties of oil for中,一般會(huì )含有酸性物質(zhì),且乙醇燃料燃燒后也會(huì )ethanol fuel engines項典型數據生成乙酸,酸性物質(zhì)的存在加劇潤滑油的變質(zhì)和發(fā)100℃運動(dòng)粘度{mm2·s)動(dòng)機零部件的腐蝕粘度指數為了延緩發(fā)動(dòng)機油的髙溫氧化速度,防止發(fā)動(dòng)傾閃點(diǎn)開(kāi)口y℃機內零件被腐蝕,實(shí)驗室采用旋轉氧彈實(shí)驗方法對低溫動(dòng)力粘度(mPas)6200抗氧防腐劑進(jìn)行考察,并綜合平衡了各因素,最終起泡性(泡沫傾向/泡沫穩定性)、mL/mL)采用硫磷雙辛基堿性鋅鹽和二硫代氨基甲酸鉬作為抗氧防腐劑24℃22.5油性劑的選擇堿值/( mg Koh·g)機械雜質(zhì)(m),%油性劑是一類(lèi)能使潤滑油在摩擦表面上形成定水分(m),%痕跡向吸附膜,從而改善摩擦性能,起到潤滑作用的添蒸發(fā)損失(m,%加劑。由于乙醇燃料的蒸發(fā)潛熱大,容易發(fā)生發(fā)硫酸鹽灰分(m,%液相銹蝕(蒸餾水)動(dòng)機內部因氣化不良而導致燃料流入汽缸壁的現腐蝕試驗(銅片、100.℃,3h),級象,致使發(fā)動(dòng)機澗滑油油膜被沖洗而造成潤滑油的溫高剪切粘度(150℃,106s2)(mPas)低溫泵送粘度(-25℃,在無(wú)屈服應力時(shí)y(mPas)497稀釋,増加發(fā)動(dòng)機零部件的摩擦和磨損,尤其以活ECEL-33-1-93,%塞環(huán)和汽缸壁的磨損和腐蝕特別嚴重。因此,本研(3)本研制油選用適當的抗氧防腐劑、防銹劑、制油選擇苯三唑脂肪酸胺鹽作為油性劑,在發(fā)動(dòng)機運動(dòng)部件副形成一層致密的保護膜,可以有效降低清凈分散劑、油性劑劑等作為添加劑,抗氧化性能突出,可形成致密的保護膜,有效降低摩擦和減少發(fā)動(dòng)機運動(dòng)副摩擦和減少磨損,以彌補和提高發(fā)動(dòng)磨損,延長(cháng)了換油周期和發(fā)動(dòng)機使用壽命,降低了機油的潤滑性能成本。3研制油理化指標參考文獻采用蓖麻油制取的癸二酸二辛酯和季戊四醇[1]張永光,羅格梅,21世紀汽車(chē)代用燃料的發(fā)展方向門(mén)石油商技2002,20(2):1-5酯復合作為基礎油,運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型作為指[2]周奇,倪計民,乙醇燃料在我國應用前景的研究與展望隊上海汽導,通過(guò)利用轉彈氧試驗、四球試驗機、曲軸箱模(3張水光乙醇作為車(chē)用燃料的可行性及發(fā)展趨勢石油商技:201擬試驗方法、汽油機油高溫氧化和磨損評定法等方19(5:16-19法進(jìn)行試驗驗證,選擇和復配適當的清凈分散劑4]郭瑞蓮,鮑曉峰,岳欣,等.車(chē)用乙醇汽油對發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統沉物的影響[汽車(chē)工程,20029(8):642-644防銹劑、抗氧化劑和油性劑劑等作為添加劑,用以[5]鄧元望,劉放浪,劉學(xué)英乙醇燃料及其在發(fā)動(dòng)機中的應用U小硏制蓖麻基乙醇燃料發(fā)動(dòng)機專(zhuān)用油。硏制的蓖麻基型內燃機與摩托車(chē),2005.34(1):28-30.6]馬林才,候仲淼,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )在潤滑油摩擦改進(jìn)劑復配性研究中乙醇燃料發(fā)動(dòng)機專(zhuān)用油理化指標見(jiàn)表2的應用J河北理工學(xué)院學(xué)報,2004,26(1):43-47[7]季順成,刁建民,鄔國英人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法預測潤滑油基礎油的4結論抗氧性J潤滑油,1996,11(6):41-43(1)以蓖麻油制取的癸二酸二辛酯和季戊四醇8]唐興中,粟滿(mǎn)榮黃福川等工程機械專(zhuān)用抗磨液壓油的研制與應用當代化工,2013,42(6):725-729酯復合作為基礎油,不僅具有良好的高低溫性能、冷「9]李普慶,關(guān)子杰,耿英杰,等合成潤滑劑及其應用Ⅳ北京卻性、潤滑性、密封性、清洗性、添加劑感受性和可中國石化出版社,2006[10]陳啟明,郭嘉,陳金芳,安雅婷油酸季戊四醇酯的合成及性能礦降解性,而且制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好。究武漢工程大學(xué)學(xué)報,2007,29(3):4-7(2)通過(guò)應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò 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